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Aminoácidos no proteinogénicos

Diagrama de Venn que muestra que los 22 aminoácidos proteinogénicos son una pequeña fracción de todos los aminoácidos. En bioquímica , los aminoácidos no codificados o no protei...

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Diagrama de Venn que muestra que los 22 aminoácidos proteinogénicos son una pequeña fracción de todos los aminoácidos.

En bioquímica , los aminoácidos no codificados o no proteinogénicos se distinguen de los 22 aminoácidos proteinogénicos (21 en eucariotas [ nota 1 ] ), que están codificados naturalmente en el genoma de los organismos para el ensamblaje de proteínas. Sin embargo, más de 140 aminoácidos no proteinogénicos se encuentran naturalmente en las proteínas (pero no están incluidos en el código genético ) y miles más pueden encontrarse en la naturaleza o sintetizarse en el laboratorio. [ 1 ] Los aminoácidos sintetizados químicamente a menudo se denominan aminoácidos no naturales o no canónicos . Los aminoácidos no naturales pueden prepararse sintéticamente a partir de sus análogos nativos mediante modificaciones como la alquilación de aminas, la sustitución de cadenas laterales, la ciclación de extensión de enlaces estructurales y las sustituciones isostéricas dentro del esqueleto del aminoácido. [ 2 ] Muchos aminoácidos no proteinogénicos son importantes:

Definición por negación

lisina

Técnicamente, cualquier compuesto orgánico con un grupo funcional amina (–NH₂ ) y un grupo funcional ácido carboxílico (–COOH) es un aminoácido. Los aminoácidos proteinogénicos son un pequeño subconjunto de este grupo que poseen un átomo de carbono central (α- o 2-) con un grupo amino, un grupo carboxilo, una cadena lateral y una conformación α-hidrógeno levo , con la excepción de la glicina , que es aquiral , y la prolina , cuyo grupo amino es una amina secundaria y, por consiguiente, se la suele denominar iminoácido por razones tradicionales, aunque no sea un imino.

El código genético codifica 20 aminoácidos estándar para su incorporación a las proteínas durante la traducción . Sin embargo, existen dos aminoácidos proteinogénicos adicionales: la selenocisteína y la pirrolisina . Estos aminoácidos no estándar no tienen un codón específico, sino que se añaden en lugar de un codón de parada cuando está presente una secuencia específica: el codón UGA y el elemento SECIS para la selenocisteína, [ 5 ] y la secuencia UAG PYLIS corriente abajo para la pirrolisina. [ 6 ] Todos los demás aminoácidos se denominan "no proteinogénicos".

Existen varios grupos de aminoácidos: [ 7 ]

  • 20 aminoácidos estándar
  • 22 aminoácidos proteinogénicos
  • Más de 80 aminoácidos creados abióticamente en altas concentraciones.
  • alrededor de 900 se producen por vías naturales
  • Se han incorporado más de 118 aminoácidos modificados genéticamente a las proteínas.

Estos grupos se superponen, pero no son idénticos. Los 22 aminoácidos proteinogénicos son biosintetizados por organismos y algunos, pero no todos, también son abióticos (se encuentran en experimentos prebióticos y meteoritos). Algunos aminoácidos naturales, como la norleucina , se incorporan erróneamente a las proteínas mediante traducción debido a la infidelidad del proceso de síntesis proteica. Muchos aminoácidos, como la ornitina , son intermediarios metabólicos producidos biosintéticamente, pero no se incorporan a las proteínas mediante traducción. La modificación postraduccional de los residuos de aminoácidos en las proteínas conduce a la formación de muchos aminoácidos proteínicos, pero no proteinogénicos. Otros aminoácidos se encuentran únicamente en mezclas abióticas (por ejemplo, la α-metilnorvalina). Más de 30 aminoácidos no naturales se han insertado mediante traducción en proteínas en sistemas diseñados, pero no son biosintéticos. [ 7 ]

Nomenclatura

Además del sistema de numeración IUPAC para diferenciar los distintos carbonos de una molécula orgánica, asignando secuencialmente un número a cada carbono, incluidos los que forman un grupo carboxilo, los carbonos de la cadena lateral de los aminoácidos también pueden etiquetarse con letras griegas, donde el carbono α es el carbono quiral central que posee un grupo carboxilo, una cadena lateral y, en los α-aminoácidos, un grupo amino; el carbono de los grupos carboxilo no se cuenta. [ 8 ] (Por consiguiente, los nombres IUPAC de muchos α-aminoácidos no proteinogénicos comienzan con 2-amino- y terminan en -ico ) .

No- L -α-aminoácidos naturales

La mayoría de los aminoácidos naturales son α-aminoácidos en configuración L , pero existen algunas excepciones.

No alfa

Comparación de las estructuras de la alanina y la beta-alanina.

En los organismos existen algunos aminoácidos distintos de los α. En estas estructuras, el grupo amino se encuentra más alejado del extremo carboxílico de la molécula del aminoácido. Así, un β-aminoácido tiene el grupo amino unido al segundo carbono, mientras que un γ-aminoácido lo tiene en el tercero. Algunos ejemplos son la β-alanina , el GABA y el ácido δ-aminolevulínico .

La razón por la que los α-aminoácidos se utilizan en las proteínas se ha relacionado con su frecuencia en meteoritos y experimentos prebióticos. [ 10 ] Una especulación inicial sobre las propiedades deletéreas de los β-aminoácidos en términos de estructura secundaria [ 10 ] resultó ser incorrecta. [ 11 ]

D-aminoácidos

Algunos aminoácidos contienen quiralidad absoluta opuesta, sustancias químicas que no se obtienen de la maquinaria normal de traducción y transcripción ribosomal. La mayoría de las paredes celulares bacterianas están formadas por peptidoglicano , un polímero compuesto de aminoazúcares entrecruzados con oligopéptidos cortos unidos entre sí. El oligopéptido se sintetiza de forma no ribosomal y contiene varias peculiaridades, incluyendo D-aminoácidos , generalmente D -alanina y D -glutamato. Otra peculiaridad es que el primero se racemiza mediante una enzima de unión a PLP (codificada por alr o su homólogo dadX ), mientras que el segundo se racemiza mediante una enzima independiente de cofactor ( murI ). Existen algunas variantes; en Thermotoga spp. está presente la D -lisina y en ciertas bacterias resistentes a la vancomicina está presente la D -serina ( gen vanT ). [ 12 ] [ 13 ]

Sin un hidrógeno en el carbono α

Todos los aminoácidos proteinogénicos tienen al menos un hidrógeno en el carbono α. La glicina tiene dos hidrógenos, y todos los demás tienen un hidrógeno y una cadena lateral. La sustitución del hidrógeno restante por un sustituyente más grande, como un grupo metilo, distorsiona la estructura principal de la proteína. [ 10 ]

En algunos hongos, el ácido α-aminoisobutírico se produce como precursor de péptidos, algunos de los cuales exhiben propiedades antibióticas. [ 14 ] Este compuesto es similar a la alanina, pero posee un grupo metilo adicional en el carbono α en lugar de un hidrógeno. Por lo tanto, es aquiral. Otro compuesto similar a la alanina sin un hidrógeno α es la dehidroalanina , que posee una cadena lateral de metileno. Es uno de varios deshidroaminoácidos que se encuentran en la naturaleza .

Estereocentros de aminoácidos gemelos

Un subconjunto de L -α-aminoácidos presenta ambigüedad en cuanto a cuál de los dos extremos es el carbono α. En las proteínas, un residuo de cisteína puede formar un enlace disulfuro con otro residuo de cisteína, entrecruzando así la proteína. Dos cisteínas entrecruzadas forman una molécula de cistina . La cisteína y la metionina se producen generalmente por sulfurilación directa, pero en algunas especies pueden producirse por transulfuración , donde la homoserina o serina activada se fusiona con una cisteína u homocisteína formando cistationina . Un compuesto similar es la lantionina , que puede considerarse como dos moléculas de alanina unidas mediante un enlace tioéter y se encuentra en diversos organismos. De manera similar, el ácido djenkolico , una toxina vegetal de las habas de jengkol , está compuesto por dos cisteínas conectadas por un grupo metileno. El ácido diaminopimélico se utiliza tanto como puente en el peptidoglicano como precursor de la lisina (a través de su descarboxilación).

Aminoácidos prebióticos y bioquímica alternativa

En meteoritos y en experimentos prebióticos (por ejemplo, el experimento de Miller-Urey ) se encuentran muchos más aminoácidos que los veinte aminoácidos estándar, varios de los cuales se presentan en concentraciones superiores a las de los estándar. Se ha conjeturado que si surgiera vida basada en aminoácidos en otro lugar del universo, no más del 75 % de los aminoácidos serían comunes. [ 10 ] La anomalía más notable es la ausencia de ácido aminobutírico.

Cadena lateral recta

El código genético se ha descrito como un accidente congelado, y las razones por las que solo existe un aminoácido estándar de cadena lineal, la alanina, podrían deberse simplemente a la redundancia con la valina, la leucina y la isoleucina. [ 10 ] Sin embargo, se ha informado que los aminoácidos de cadena lineal forman hélices alfa mucho más estables. [ 15 ]

Calcógeno

La serina, la homoserina , la O -metilhomoserina y la O -etilhomoserina poseen una cadena lateral hidroximetilo, hidroxietilo, O- metilhidroximetilo y O -metilhidroxietilo; mientras que la cisteína, la homocisteína , la metionina y la etionina poseen los equivalentes tiol. Los equivalentes selenol son la selenocisteína, la selenohomocisteína, la selenometionina y la selenoetionina. También se encuentran en la naturaleza aminoácidos con el siguiente calcógeno: varias especies como Aspergillus fumigatus , Aspergillus terreus y Penicillium chrysogenum, en ausencia de azufre, son capaces de producir e incorporar a las proteínas telurocisteína y telurometionina. [ 16 ]

Código genético expandido

Roles

En las células, especialmente en las autótrofas, se encuentran varios aminoácidos no proteinogénicos como intermediarios metabólicos. Sin embargo, a pesar de la flexibilidad catalítica de las enzimas que se unen al PLP, muchos aminoácidos se sintetizan como cetoácidos (como el 4-metil-2-oxopentanoato a leucina) y se aminan en el último paso, manteniendo así un número relativamente bajo de intermediarios de aminoácidos no proteinogénicos.

La ornitina y la citrulina se encuentran en el ciclo de la urea , parte del catabolismo de los aminoácidos (véase más abajo). [ 17 ]

Además del metabolismo primario , varios aminoácidos no proteinogénicos son precursores o el producto final en el metabolismo secundario para formar compuestos pequeños o péptidos no ribosomales (como algunas toxinas ).

Incorporado postraduccionalmente a la proteína

Aunque no están codificados por el código genético como aminoácidos proteinogénicos, algunos aminoácidos no estándar se encuentran en las proteínas. Estos se forman mediante la modificación postraduccional de las cadenas laterales de los aminoácidos estándar presentes en la proteína diana. Estas modificaciones suelen ser esenciales para la función o regulación de una proteína; por ejemplo, en el γ-carboxiglutamato, la carboxilación del glutamato permite una mejor unión de los cationes de calcio [ 18 ] , y en la hidroxiprolina, la hidroxilación de la prolina es fundamental para el mantenimiento de los tejidos conectivos [ 19 ] . Otro ejemplo es la formación de hipusina en el factor de iniciación de la traducción EIF5A , mediante la modificación de un residuo de lisina [ 20 ] . Dichas modificaciones también pueden determinar la localización de la proteína; por ejemplo, la adición de grupos hidrofóbicos largos puede hacer que una proteína se una a una membrana fosfolipídica [ 21 ] .

Existe cierta evidencia preliminar de que el ácido aminomalónico puede estar presente, posiblemente por incorporación errónea, en las proteínas. [ 22 ] [ 23 ]

Análogos tóxicos

Varios aminoácidos no proteinogénicos son tóxicos debido a su capacidad de imitar ciertas propiedades de los aminoácidos proteinogénicos, como la tialisina . Algunos aminoácidos no proteinogénicos son neurotóxicos al imitar aminoácidos utilizados como neurotransmisores (es decir, no para la biosíntesis de proteínas), incluyendo el ácido quisquálico , la canavanina , la caramboxina y el ácido azetidina-2-carboxílico . [ 24 ] La cefalosporina C tiene una estructura de ácido α-aminoadípico (homoglutamato) que está amidada con una fracción de cefalosporina. [ 25 ] La penicilamina es un aminoácido terapéutico, cuyo modo de acción es desconocido.

Las cianotoxinas de origen natural también pueden incluir aminoácidos no proteinogénicos. La microcistina y la nodularina , por ejemplo, derivan del ADDA , un β-aminoácido.

Taurina

La taurina es un ácido aminosulfónico y no un ácido aminocarboxílico; sin embargo, en ocasiones se la considera como tal, ya que las cantidades necesarias para suprimir la auxotrofia en ciertos organismos (como los gatos) se acercan más a las de los "aminoácidos esenciales" (auxotrofia de aminoácidos) que a las de las vitaminas (auxotrofia de cofactores).

Los osmolitos sarcosina y glicina betaína se derivan de aminoácidos, pero poseen una amina secundaria y cuaternaria respectivamente.

Véase también

Notas

  1. ↑ más formilmetionina en eucariotas con orgánulos procariotas como las mitocondrias

Referencias

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